DE102021002942A1 - Process for producing a permanent magnet for an electrical machine, permanent magnet and use of a permanent magnet - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Permanentmagneten (10a-d) für eine elektrische Maschine. Ein permanent magnetischer Grundkörper (12) wird durch Formpressen oder Strangpressen hergestellt. Ein erster Teilbereich (16a-d) des Grundkörpers (12) wird von wenigstens einem zweiten Teilbereich (18) des Grundkörpers durch ein Schneidverfahren getrennt, wobei durch den ersten Teilbereich (16a-d) wenigstens ein Permanentmagnet (10a-d) bereitgestellt wird. Der wenigstens eine Permanentmagnet (10a-d) wird mit einer Ausnehmung (14a-d) durch das Schneidverfahren versehen.The invention relates to a method for producing at least one permanent magnet (10a-d) for an electrical machine. A permanent magnetic body (12) is manufactured by compression molding or extrusion. A first portion (16a-d) of the base body (12) is separated from at least a second portion (18) of the base body by a cutting process, with at least one permanent magnet (10a-d) being provided by the first portion (16a-d). The at least one permanent magnet (10a-d) is provided with a recess (14a-d) by the cutting process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Permanentmagneten für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem einen Permanentmagneten für eine elektrische Maschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Permanentmagneten.The invention relates to a method for producing at least one permanent magnet for an electrical machine, in particular a motor vehicle. The invention also relates to a permanent magnet for an electrical machine. Furthermore, the invention relates to the use of a permanent magnet.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Permanentmagneten für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einen Permanentmagneten für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Verwendung eines Permanentmagneten zu schaffen, sodass der Permanentmagnet besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.The object of the present invention is to create a method for producing at least one permanent magnet for an electrical machine, in particular a motor vehicle, a permanent magnet for an electrical machine, in particular a motor vehicle, and the use of a permanent magnet, so that the permanent magnet can be produced particularly quickly and cost-effectively can be made.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen Permanentmagneten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1, by a permanent magnet having the features of patent claim 9 and by a use having the features of patent claim 10.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Permanentmagneten für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftwagen in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Somit ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, insbesondere ein Batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Dadurch können besonders große elektrische Leistungen zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Axialflussmaschine, welche einen axialen Luftspalt aufweist. Hierunter ist insbesondere folgendes zu verstehen: Die Axialflussmaschine weist einen Stator und wenigstens einen Rotor auf, welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Dabei ist zwischen dem Stator und dem Rotor ein Luftspalt angeordnet, wobei der Luftspalt in axialer Richtung der Axialflussmaschine, das heißt entlang der Drehachse betrachtet zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist. Mit anderen Worten sind der Stator und der Rotor in axialer Richtung der Axialflussmaschine nebeneinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet. Insbesondere kann die Axialflussmaschine einen Doppelrotor, das heißt zwei Rotoren aufweisen, welche vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind. Die Rotoren sind um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbar. Dabei ist der Stator beispielsweise in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen den Rotoren angeordnet, insbesondere derart, dass in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen dem Stator und dem jeweiligen Rotor jeweils ein Luftspalt angeordnet ist. Insbesondere kann die Axialflussmaschine über ihren Rotor Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.A first aspect of the invention relates to a method for producing at least one permanent magnet for an electrical machine, in particular a motor vehicle. This means that the motor vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, has the electrical machine in its fully manufactured state and can be driven electrically, in particular purely electrically, by means of the electrical machine. Thus, the motor vehicle is preferably a hybrid or electric vehicle, in particular a battery electric vehicle (BEV). The electrical machine is preferably designed as a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and very preferably amounts to several hundred volts. As a result, particularly high electrical power can be realized for, in particular, purely electrical driving of the motor vehicle. The electrical machine is preferably an axial flow machine which has an axial air gap. This is to be understood in particular as follows: The axial flux machine has a stator and at least one rotor which can be rotated about an axis of rotation relative to the stator. An air gap is arranged between the stator and the rotor, the air gap being arranged between the stator and the rotor in the axial direction of the axial flow machine, that is to say viewed along the axis of rotation. In other words, the stator and the rotor are arranged next to one another or one after the other in the axial direction of the axial flow machine. In particular, the axial flow machine can have a double rotor, that is to say two rotors which are preferably arranged coaxially to one another. The rotors are rotatable about the axis of rotation relative to the stator. In this case, the stator is arranged, for example, in the axial direction of the axial flux machine between the rotors, in particular in such a way that an air gap is arranged in the axial direction of the axial flux machine between the stator and the respective rotor. In particular, the axial flow machine can provide torque for driving the motor vehicle via its rotor.
Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein permanent magnetischer Grundkörper, das heißt ein Dauermagnetischer Grundkörper durch Formpressen oder Strangpressen hergestellt. Mit anderen Worten wir bei dem ersten Schritt des Verfahrens ein Formpressverfahren oder ein Strangpressverfahren durchgeführt, wobei mittels des Formpressverfahrens bzw. mittels des Strangpressverfahrens der Dauermagnetische Grundkörper hergestellt wird. Insbesondere wird der dauermagnetische (permanent magnetische) Grundkörper aus einer Formmasse hergestellt, welche bei dem Formpressen bzw. Strangpressen verarbeitet, das heißt gepresst wird. Vorzugsweise ist die Formmasse ein geschmolzener Werkstoff, mithin eine Schmelze aus einem Werkstoff, aus welchem der Grundkörper hergestellt wird. Durch das Formpressen bzw. Strangpressen wird die Formmasse bzw. die Schmelze geformt. Die Formmasse kann einen Kunststoff und in den Kunststoff eingebettete, permanent magnetische bzw. dauermagnetische Partikel aufweisen oder der Werkstoff bzw. die Formmasse an sich ist permanent magnetisch. Mittels des Formpressens bzw. Strangpressens kann der Grundkörper besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden.In a first step of the method, a permanent magnetic base body, ie a permanent magnetic base body, is produced by compression molding or extrusion. In other words, in the first step of the process, a compression molding process or an extrusion molding process is carried out, with the permanent magnetic base body being produced by means of the compression molding process or by means of the extrusion molding process. In particular, the permanently magnetic (permanently magnetic) base body is produced from a molding compound which is processed during compression molding or extrusion, that is to say it is pressed. The molding compound is preferably a molten material, ie a melt of a material from which the base body is produced. The molding compound or the melt is shaped by compression molding or extrusion. The molding compound can have a plastic and permanently magnetic or permanently magnetic particles embedded in the plastic, or the material or the molding compound itself is permanently magnetic. By means of compression molding or extrusion pressing, the base body can be produced in a particularly time- and cost-effective manner.
Bei einem sich vorzugsweise an den ersten Schritt des Verfahrens anschließenden, zweiten Schritt des Verfahrens wird, insbesondere wenigstens oder genau, ein erster Teilbereich des Grundkörpers von wenigstens einem zweiten Teilbereich des Grundkörpers durch ein Schneidverfahren, insbesondere durch Strahlschneiden, getrennt, d. h. abgetrennt. Mit anderen Worten wird bei dem zweiten Schritt des Verfahrens ein Schneidverfahren, insbesondere ein Strahlschneidverfahren, durchgeführt. Bei dem Strahlschneiden bzw. bei dem Strahlschneidverfahren wird wenigstens oder genau auch ein einfach auch als Strahl bezeichneter Schneidstrahl bereitgestellt, mittels welchem der erste Teilbereich von dem zweiten Teilbereich des Grundkörpers getrennt bzw. abgetrennt wird. Beispielsweise wird der Schneidstrahl auf den Grundkörper aufgebracht und mit anderen Worten wird der Grundkörper mit den Schneidstrahl beaufschlagt, derart, dass mittels des Schneidstrahls der erste Teilbereich von dem zweiten Teilbereich getrennt, d. h. abgeschnitten wird. Der Schneidstrahl kann beispielsweise ein Energiestrahl, insbesondere ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl, sein. Als besonders vorteilhaft hatte es sich jedoch gezeigt, wenn der Schneidstrahl ein Fluidstrahl, mithin durch ein Fluid wie beispielsweise eine Flüssigkeit gebildet ist. Insbesondere wird der Schneidstrahl entlang einer Strahlrichtung, beispielsweise von einem auch als Werkzeug bezeichneten Schneidwerkzeug, bereitgestellt, insbesondere derart, dass der Schneidstrahl entlang der Strahlrichtung auf den Grundkörper auftrifft bzw. dass der Grundkörper entlang der Strahlrichtung mit dem Schneidstrahl beaufschlagt wird. Beispielsweise wird der Schneidstrahl entlang einer Trenn- oder Schneidrichtung relativ zu dem Grundkörper bewegt. Beispielsweise verläuft die Trennrichtung in einer Ebene, wobei es denkbar ist, dass die Strahlrichtung schräg oder senkrecht zu der Ebene verläuft. Bei dem zweiten Schritt des Verfahrens wird durch den ersten Teilbereich der wenigstens eine Permanentmagnet bereitgestellt. Mit anderen Worten wird der erste Teilbereich als der wenigstens eine Permanentmagnet verwendet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird der wenigstens eine Permanentmagnet dadurch hergestellt, dass der erste Teilbereich, welcher den wenigstens einen Permanentmagneten bildet bzw. bereitstellt, von dem zweiten Teilbereich getrennt wird. Durch das Strahlschneiden kann der erste Teilbereich besonders zeit- und kostengünstig von dem zweiten Teilbereich getrennt werden, und durch das Strahlschneiden kann auf besonders zeit- und kostengünstige Weise eine bedarfsgerechte, insbesondere außenumfangsseitige Form bzw. Geometrie des ersten Teilbereichs und somit des wenigstens einen Permanentmagneten hergestellt werden.In a second step of the method that preferably follows the first step of the method, a first partial area of the base body is separated, in particular at least or precisely, from at least a second partial area of the base body by a cutting method, in particular by jet cutting, i. H. separated. In other words, a cutting method, in particular a jet cutting method, is carried out in the second step of the method. In the case of jet cutting or in the case of the jet cutting method, at least or precisely a cutting jet, also simply referred to as a jet, is provided, by means of which the first partial area is separated or severed from the second partial area of the base body. For example, the cutting beam is applied to the base body and in other words the base body is exposed to the cutting beam in such a way that the first partial area is separated from the second partial area by means of the cutting jet, i. H. is cut off. The cutting beam can, for example, be an energy beam, in particular an electron beam or a laser beam. However, it has proven to be particularly advantageous if the cutting jet is a fluid jet, ie formed by a fluid such as a liquid. In particular, the cutting jet is provided along a jet direction, for example by a cutting tool also referred to as a tool, in particular in such a way that the cutting jet impinges on the base body along the jet direction or that the base body is acted upon by the cutting jet along the jet direction. For example, the cutting beam is moved along a separating or cutting direction relative to the base body. For example, the separation direction runs in one plane, it being conceivable for the beam direction to run at an angle or perpendicular to the plane. In the second step of the method, the at least one permanent magnet is provided by the first partial area. In other words, the first portion is used as the at least one permanent magnet. Expressed again in other words, the at least one permanent magnet is produced in that the first partial area, which forms or provides the at least one permanent magnet, is separated from the second partial area. The first sub-area can be separated from the second sub-area particularly quickly and inexpensively by jet cutting, and a needs-based shape or geometry, in particular on the outer circumference, of the first sub-area and thus of the at least one permanent magnet can be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner by jet cutting will.
Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird der wenigstens eine Permanentmagnet, insbesondere einer Oberfläche oder einer außenumfangsseitigen Mantelfläche des wenigstens einen Permanentmagneten, mit, insbesondere wenigstens oder genau, einer, insbesondere durchgängigen bzw. unterbrechungsfreien, Ausnehmung durch das Schneidverfahren versehen. Das Schneidverfahren bzw. der Schneidstrahl wird somit auch dazu verwendet, die Ausnehmung des wenigstens einen Permanentmagneten, d. h. beispielsweise die Ausnehmung in der Oberfläche bzw. der außenumfangsseitigen Mantelfläche des wenigstens einen Permanentmagneten herzustellen. Dadurch, dass das Schneidverfahren sowohl zum Trennen des ersten Teilbereichs von dem zweiten Teilbereich als auch zum Herstellen der Ausnehmung verwendet wird, kann der wenigstens eine Permanentmagnet besonders zeit- und kostengünstig hergestellt und somit auch mit der Ausnehmung versehen werden. Durch die Ausnehmung d. h. durch das Herstellen der Ausnehmung können insbesondere während eines Betriebs der Elektrischen Maschine Wirbelstromverluste besonders gering gehalten werden, sodass auf besonders kostengünstige Weise ein besonders effizienter Betrieb darstellbar ist.In a third step of the method, the at least one permanent magnet, in particular a surface or an outer peripheral lateral surface of the at least one permanent magnet, is provided with, in particular at least or exactly, one, in particular continuous or uninterrupted, recess by the cutting process. The cutting method or the cutting beam is thus also used to cut the recess of the at least one permanent magnet, d. H. For example, to produce the recess in the surface or the outer peripheral lateral surface of the at least one permanent magnet. Since the cutting process is used both for separating the first partial area from the second partial area and for producing the recess, the at least one permanent magnet can be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner and can therefore also be provided with the recess. Through the recess d. H. By producing the recess, eddy current losses can be kept particularly low, in particular during operation of the electric machine, so that particularly efficient operation can be achieved in a particularly cost-effective manner.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Um in insbesondere als Permanentmagneten ausgebildeten Magneten von elektrischen Maschinen, Axialflussmaschinen, Wirbelstromverluste hinreichend gering halten zu können, werden üblicherweise dünne, einzelne Magnete eingesetzt. Beispielsweise werden die dünnen, einzelnen Magnete als jeweilige, einzelne, dünne Schichten aufeinandergestapelt bzw. aufeinander angeordnet, und die aufeinandergestapelten bzw. aufeinander angeordneten, dauermagnetischen Schichten werden paketiert, mithin miteinander verbunden, wodurch ein stabiles, dauermagnetisches, d. h. permanent magnetisches Paket geschaffen werden kann. Das dauermagnetische Paket wird aus dauermagnetischer Gesamtmagnet verwendet. Dabei ist es denkbar, die Axialflussmaschine mit mehreren solchen dauermagnetischen Paketen auszustatten. Das Paketieren erfolgt beispielsweise derart, dass die einzelnen, dünnen Magneten, mithin die Schichten mittels eines Klebstoffes miteinander verbunden, mithin miteinander verklebt werden. Üblicherweise sind zur Herstellung des dauermagnetischen Gesamtmagneten eine hohe Anzahl an Prozessschritten und somit eine lange Prozesszeit erforderlich, sodass die dauermagnetischen Gesamtmagnete nur sehr zeit- und kostenaufwendig hergestellt werden können. Beispielsweise sind die Schichten einzelne Bleche, d. h. aus einem Blech, insbesondere Elektroblech, gebildet, wobei die Schichten miteinander verbunden werden. Dieses Verbindung bzw. das Paketieren der Schichten ist zeitintensiv und erfordert zusätzliche Verbindungstechnologien wie beispielsweise kleben, bzw. einen Klebstoff, um die Schichten miteinander zu verbinden. Soll beispielsweise eine von einer rechteckigen Form beziehungsweise von einer Quaderform unterschiedliche, außenumfangsseitige Form wie beispielsweise eine Trapezform des Gesamtmagneten hergestellt werden, so müssen üblicherweise unterschiedliche Schichten, d. h. Schichten mit unterschiedlicher Form aufeinandergestapelt werden, sodass die Schichten selbst sehr zeit- und kostenaufwendig hergestellt werden müssen.The invention is based in particular on the following findings: In order to be able to keep eddy current losses sufficiently low in magnets of electrical machines, axial flux machines, in particular designed as permanent magnets, thin, individual magnets are usually used. For example, the thin, individual magnets are stacked or arranged on top of one another as respective, individual, thin layers, and the stacked or arranged on top of one another, permanent magnetic layers are packaged, thus connected to one another, whereby a stable, permanent magnetic, ie permanent magnetic package can be created . The permanent magnetic package is used from permanent magnetic overall magnet. It is conceivable to equip the axial flux machine with several such permanent-magnetic packages. The packaging takes place, for example, in such a way that the individual, thin magnets, and therefore the layers, are connected to one another, therefore glued to one another, by means of an adhesive. A large number of process steps and thus a long process time are usually required for the production of the permanent-magnetic overall magnet, so that the permanent-magnetic overall magnets can only be produced in a very time-consuming and expensive manner. For example, the layers are individual sheets, ie formed from sheet metal, in particular electrical sheet metal, with the layers being connected to one another. This connection or the packaging of the layers is time-consuming and requires additional connections Technologies such as gluing, or an adhesive to connect the layers together. If, for example, an external peripheral shape that is different from a rectangular shape or from a cuboid shape, such as a trapezoidal shape of the overall magnet, is to be produced, then different layers, i.e. layers with different shapes, usually have to be stacked on top of one another, so that the layers themselves have to be produced in a very time-consuming and costly manner .
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Einerseits kann der Grundkörper an sich besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Anderseits kann der erste Teilbereich besonders zeit- und kostengünstig von dem zweiten Teilbereich abgetrennt werden, wobei während des Abtrennens bzw. bei dem Abtrennen, insbesondere gleichzeitig, eine gewünschte, außenumfangsseitige Form des wenigstens einen Permanentmagneten hergestellt werden kann. Somit kann die Form des Permanentmagneten uns somit der Permanentmagnet insgesamt besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden, da der Permanentmagnet auch besonders zeit- und kostengünstig durch das Schneidverfahren mit der Ausnehmung versehen werden kann.The problems and disadvantages mentioned above can now be avoided by the invention. On the one hand, the base body itself can be manufactured in a particularly time-saving and cost-effective manner. On the other hand, the first sub-area can be separated from the second sub-area in a particularly time- and cost-effective manner, with a desired outer peripheral shape of the at least one permanent magnet being able to be produced during the separation or during the separation, in particular at the same time. The shape of the permanent magnet and thus the permanent magnet as a whole can thus be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner, since the permanent magnet can also be provided with the recess in a particularly time-saving and cost-effective manner using the cutting method.
Um den wenigstens einen Permanentmagneten besonders zeit- und kostengünstig herstellen zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass als das Schneidverfahren ein Strahlschneiden, insbesondere ein Wasserstrahlschneiden, verwendet wird. Der Schneidstrahl ist somit vorzugsweise ein Wasserstrahl, mithin zumindest überwiegend, insbesondere ausschließlich, aus Wasser gebildet.In order to be able to produce the at least one permanent magnet particularly quickly and inexpensively, one embodiment of the invention provides for jet cutting, in particular water jet cutting, to be used as the cutting method. The cutting jet is thus preferably a water jet, which means it is formed at least predominantly, in particular exclusively, from water.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Trennen des ersten Teilbereichs von dem zweiten Teilbereich und das Versehen des wenigstens einen Permanentmagneten mit der Ausnehmung in einem Zug, d. h. unterbrechungsfrei durchgeführt werden. Hierunter ist zu verstehen, dass zwischen dem Trennen des ersten Teilbereiches von dem zweiten Teilbereich und dem Versehen des wenigstens einen Permanentmagneten mit der Ausnehmung ein Unterbrechen des Schneidverfahrens unterbleibt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist es vorgesehen, dass zwischen dem Trennen des ersten Teilbereiches von dem zweiten Teilbereich und dem Versehen des wenigstens einen Permanentmagneten mit der Ausnehmung ein Beendung des Beaufschlagens des Grundkörpers mit dem Schneidstrahl unterbleibt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt: Der Schneidstrahl wird insbesondere von dem zuvor genannten Werkzeug bereitgestellt und insbesondere auf den Grundkörper aufgebracht bzw. aufgestrahlt, um dadurch den ersten Teilbereich von dem zweiten Teilbereich zu trennen und die Ausnehmung herzustellen, mithin den wenigstens einen Permanentmagneten mit der Ausnehmung zu versehen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen dem Trennen des ersten Teilbereichs von dem zweiten Teilbereich und dem Versehen des wenigstens einen Permanentmagneten mit der Ausnehmung ein Beenden des Bereitstellen des Schneidstrahls unterbleibt, sodass vorzugsweise der Schneidstrahl von einem Beginn des Trennens des ersten Teilbereiches von dem zweiten Teilbereich bis zu einem Ende des Versehens des wenigstens einen Permanentmagneten mit der Ausnehmung durchgängig, d. h. unterbrechungsfrei bereitgestellt und insbesondere durchgängig, d. h. unterbrechungsfrei auf den Grundkörper, d. h. auf den ersten Teilbereich und/oder den zweiten Teilbereich gestrahlt wird. Somit erfolgen das Trennen des ersten Teilbereichs von dem zweiten Teilbereich und das Versehen des wenigstens einen Permanentmagneten mit der Ausnehmung zumindest im Wesentlichen kontinuierlich, d. h. in ein und demselben, insbesondere durchgängigen Prozess, wodurch der wenigstens eine Permanentmagnet insgesamt besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.A further embodiment is characterized in that the separation of the first partial area from the second partial area and the provision of the at least one permanent magnet with the recess can be carried out in one go, i. H. be carried out without interruption. This means that the cutting process is not interrupted between the separation of the first partial area from the second partial area and the provision of the at least one permanent magnet with the recess. In other words, it is provided that between the separation of the first partial area from the second partial area and the provision of the at least one permanent magnet with the recess, the impingement of the cutting beam on the base body does not end. To put it another way: the cutting beam is provided in particular by the aforementioned tool and is applied or radiated in particular to the base body in order to separate the first partial area from the second partial area and to produce the recess, and therefore the at least one permanent magnet with the recess to provide. It is preferably provided that between the separation of the first sub-area from the second sub-area and the provision of the at least one permanent magnet with the recess, the provision of the cutting beam is not terminated, so that the cutting beam preferably starts from the beginning of the separation of the first sub-area from the second Section continuous up to one end of the provision of the at least one permanent magnet with the recess, d. H. provided without interruption and in particular continuously, d. H. uninterrupted on the base body, d. H. is radiated onto the first sub-area and/or the second sub-area. Thus, the separation of the first partial area from the second partial area and the provision of the at least one permanent magnet with the recess take place at least essentially continuously, i. H. in one and the same, in particular continuous, process, as a result of which the at least one permanent magnet can be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung als ein Sackloch hergestellt wird. Hierunter ist zu verstehen, dass die Ausnehmung nicht als eine den wenigstens einen Permanentmagneten vollständig durchdringende Durchgangsöffnung hergestellt wird, sondern die Ausnehmung wird derart hergestellt, dass sie wie ein Sackloch entlang der Strahlrichtung nicht vollständig durchgängig ist, sondern entlang der Strahlrichtung durch einen verbleibenden Wandungsbereich des wenigstens einen Permanentmagneten begrenzt ist.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the recess is produced as a blind hole. This means that the recess is not produced as a through opening that completely penetrates the at least one permanent magnet, but rather the recess is produced in such a way that, like a blind hole, it is not completely continuous along the beam direction, but along the beam direction through a remaining wall area of the at least one permanent magnet is limited.
Alternativ hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Ausnehmung als eine den wenigstens einen Permanentmagneten vollständig durchdringende Durchgangsöffnung, insbesondere als ein Durchgangsschlitz, hergestellt wird. Hierdurch können Wirbelstromverluste in dem wenigstens einen Permanentmagneten besonders gering gehalten werden, und das auf besonders kostengünstige Weise.Alternatively, it has proven to be advantageous if the recess is produced as a through-opening, in particular as a through-slot, which completely penetrates the at least one permanent magnet. As a result, eddy current losses in the at least one permanent magnet can be kept particularly low, and in a particularly cost-effective manner.
Um den Permanentmagneten besonders zeit- und kostengünstig herzustellen und dabei Wirbelstromverluste besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Ausnehmung bogenförmig, insbesondere mäanderförmig, verläuft. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Ausnehmung zumindest in einem Längenbereich bogenförmig, insbesondere mäanderförmig, verläuft. Es ist denkbar, dass beispielsweise die Ausnehmung zumindest in einem zweiten Längenbereich geknickt ist, insbesondere derart, und dass beispielsweise ein erster Teil des zweiten Längenbereichs und ein zweiter Teil des zweiten Längenbereichs jeweils geradlinig verlaufen, wobei vorzugsweise sich der zweite Teil direkt an den ersten Teil anschließt, und wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der erste Teil und der zweite Teil einen von 0 und von 180° unterschiedlichen Winkel miteinander einschließen, mithin schräg oder senkrecht zueinander verlaufen. Hierdurch können übermäßige Wirbelstromverluste besonders gut vermieden werden.In order to be able to produce the permanent magnet in a particularly time- and cost-effective manner and to be able to keep eddy current losses particularly low, it is provided in a further embodiment of the invention that the recess runs in an arc, in particular in a meandering shape. This is to be understood in particular as meaning that the recess is arcuate, at least in one length region, in particular meandering, runs. It is conceivable that, for example, the recess is kinked at least in a second length area, in particular in such a way, and that, for example, a first part of the second length area and a second part of the second length area each run in a straight line, with the second part preferably adjoining the first part directly adjoins, and it is preferably provided that the first part and the second part enclose an angle different from 0 and 180° with one another, and therefore run obliquely or perpendicularly to one another. As a result, excessive eddy current losses can be avoided particularly well.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Permanentmagnet, insbesondre außenumfangsseitig, dreieckig hergestellt wird. Hierdurch kann auf besonders kosten- und zeitgünstige Weise eine besonders vorteilhafte, insbesondere außenumfangsseitige, Form des Permanentmagneten hergestellt werden, wodurch Wirbelstromverluste besonders gering gehalten werden können.A further embodiment is characterized in that the at least one permanent magnet is produced triangularly, in particular on the outer circumference. As a result, a particularly advantageous shape of the permanent magnet, in particular on the outer circumference, can be produced in a particularly cost-effective and time-saving manner, as a result of which eddy current losses can be kept particularly low.
In weiterer, besonders vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Grundkörper als ein Quader, d. h. als ein rechteckiger bzw. quaderförmiger Block hergestellt wird. Dadurch können der Grundkörper und somit der wenigstens eine Permanentmagnet insgesamt besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that the base body as a cuboid, i. H. is produced as a rectangular or cuboid block. As a result, the base body and thus the at least one permanent magnet as a whole can be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundkörper, insbesondere außenumfangsseitig trapezförmig hergestellt wird. Hierdurch kann auf besonders zeit- und kostengünstige Weise eine besonders vorteilhafte, außenumfangsseitige Form des wenigstens einen Permanentmagneten hergestellt werden, sodass beispielsweise der wenigstens eine Permanentmagnet auf besonders einfache und kostengünstige Weise formschlüssig mit einem Träger der elektrischen Maschine verbindbar ist bzw. verbunden wird.A further embodiment is characterized in that the base body is produced in a trapezoidal shape, in particular on the outer peripheral side. As a result, a particularly advantageous, outer peripheral shape of the at least one permanent magnet can be produced in a particularly time- and cost-effective manner, so that, for example, the at least one permanent magnet can be positively connected or is connected to a carrier of the electrical machine in a particularly simple and cost-effective manner.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens ein Formschlusselement des wenigstens einen Permanentmagneten hergestellt wird, welcher mittels des Formschlusselements formschlüssig mit dem Träger der elektrischen Maschine verbindbar ist bzw. verbunden wird. Beispielsweise wird das Formschlusselement durch das Formpressen bzw. durch das Strangpressen hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann das Formschlusselement durch das Schneidverfahren hergestellt werden. Der wenigstens eine Permanentmagnet kann somit auf besonders zeit- und kostengünstige Weise mit dem Formschlusselement versehen werden, sodass zusätzliche, daran anschließende Prozessschritte zum Herstellen des Formschlusselements bzw. eine Formschlusselements vermieden werden können. Das Formschlusselement kann genutzt werden, um den Permanentmagneten besonders vorteilhaft mit dem Träger zu verbinden, mithin an dem Träger zu halten. Insgesamt kann so der wenigstens eine Permanentmagnet besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden, sodass eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung der elektrischen Maschine darstellbar ist.Finally, it has been shown to be particularly advantageous if at least one form-fitting element of the at least one permanent magnet is produced, which can be positively connected or is connected to the carrier of the electrical machine by means of the form-fitting element. For example, the positive-locking element is produced by compression molding or by extrusion. Alternatively or additionally, the form-fitting element can be produced by the cutting process. The at least one permanent magnet can thus be provided with the form-fitting element in a particularly time-saving and cost-effective manner, so that additional subsequent process steps for producing the form-fitting element or a form-fitting element can be avoided. The positive-locking element can be used to connect the permanent magnet to the carrier in a particularly advantageous manner, and therefore to hold it on the carrier. Overall, the at least one permanent magnet can be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner, so that the electrical machine can be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Permanentmagneten für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine, wobei der Permanentmagnet gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mittels eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a permanent magnet for an electrical machine, in particular for an axial flux machine, the permanent magnet according to the second aspect of the invention being produced by means of a method according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines Permanentmagneten gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei der Permanentmagnet für eine als Axialflussmaschine ausgebildete, elektrische Maschine verwendet wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.A third aspect of the invention relates to the use of a permanent magnet according to the second aspect of the invention, the permanent magnet being used for an electrical machine designed as an axial flux machine. Advantages and advantageous configurations of the first and second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the third aspect of the invention and vice versa.
Vorzugsweise wird der Permanentmanget für einen bzw. den Rotor der Axialflussmaschine verwendet, sodass in vollständig hergestelltem Zustand der Axialflussmaschine der Permanentmagnet und vorzugsweise der zuvor genannte Träger Bestandteil bzw. Bestandteile des Rotors der Axialflussmaschine ist bzw. sind.The permanent magnet is preferably used for a rotor or the rotor of the axial flux machine, so that when the axial flux machine is completely manufactured, the permanent magnet and preferably the aforementioned carrier are part or parts of the rotor of the axial flux machine.
Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen können durch die Erfindung insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - kleinere Schnittlänge
- - geringere Anzahl an Prozessschritten
- - verringerte Prozesszeiten
- - smaller cutting length
- - lower number of process steps
- - Reduced process times
Durch das Schneidverfahren kann auf besonders zeit- und kostengünstige Weise eine besonders vorteilhafte und bedarfsgerechte Kontur der Ausnehmung hergestellt werden. Beispielsweise kann die Ausnehmung zumindest in einem Längenbereich der Ausnehmung schlangenförmig oder Wellenförmig verlaufen, wodurch Wirbelstromverluste besonders gering gehalten werden können.Through the cutting process, a particularly advantageous and needs-based contour of the recess can be produced in a particularly time-saving and cost-effective manner. For example, the recess can extend in a serpentine or wavy manner at least in a longitudinal region of the recess, as a result of which eddy current losses can be kept particularly low.
Als besonders vorteilhaft hatte sich gezeigt, wenn durch den zweiten Teilbereich des Grundkörpers ein zweiter Permanentmagnet bereitgestellt wird. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass auch der zweite Teilbereich des Grundkörpers als ein zweiter Permanentmagnet für die elektrische Maschine, insbesondere Axialflussmaschine, verwendet wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn bei dem dritten Schritt des Verfahrens durch das Schneidverfahren auch der zweite Permanentmagnet mit wenigstens oder genau einer zweiten Ausnehmung versehen wird. Die vorigen und folgenden Ausführungen zu dem wenigstens einen Permanentmagneten und zu der ersten Ausnehmung können ohne weiteres auch auf den zweiten Permanentmagneten und die zweite Ausnehmung übertragen werden und umgekehrt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, eine hohe Anzahl an Permanentmagneten für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Axialflussmaschine, auf besonders zeit- und kostengünstige Weise herzustellen und insbesondere mit den Ausnehmungen zu versehen, sodass Wirbelstromverluste besonders gering gehalten werden können.It was found to be particularly advantageous if the second section of the base body pers a second permanent magnet is provided. In other words, it is conceivable that the second partial area of the base body is also used as a second permanent magnet for the electrical machine, in particular an axial flux machine. It has been shown to be particularly advantageous if, in the third step of the method, the second permanent magnet is also provided with at least or precisely one second recess by the cutting method. The previous and following statements relating to the at least one permanent magnet and the first recess can also be readily applied to the second permanent magnet and the second recess and vice versa. The method according to the invention thus makes it possible to produce a large number of permanent magnets for an electrical machine, in particular for an axial flow machine, in a particularly time-saving and cost-effective manner and in particular to provide them with the recesses, so that eddy current losses can be kept particularly low.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Teils eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Permanentmagneten gemäß einer ersten Ausführungsform für eine insbesondere als Axialflussmaschine ausgebildete, elektrische Maschine; -
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Teils des Verfahrens gemäß1 ; -
3 eine schematische Perspektivansicht des Permanentmagneten gemäß seiner zweiten Ausführungsform, bevor der Permanentmagnet mit einer Ausnehmung versehen wird; -
4 eine schematische Perspektivansicht des mit der Ausnehmung versehenen Permanentmagneten gemäß der zweiten Ausführungsform; -
5 eine schematische Draufsicht des Permanentmagneten gemäß seiner dritten Ausführungsform; -
6 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Permanentmagneten gemäß5 ; -
7 eine schematische Draufsicht des Permanentmagneten gemäß seiner vierten Ausführungsform; -
8 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Permanentmagneten gemäß der vierten Ausführungsform; -
9 eine weitere schematische Draufsicht des Permanentmagneten gemäß der dritten Ausführungsform; -
10 eine schematische Vorderansicht einer Matrize zum Strangpressen eines Grundkörpers zum Herstellen des Permanentmagneten; -
11 eine schematische Vorderansicht des Grundkörpers, aus welchem der Permanentmagnet gemäß seiner fünften Ausführungsform hergestellt wird; -
12 eine schematische Vorderansicht des Grundkörpers, aus welchem der Permanentmagnet gemäß seiner sechsten Ausführungsform hergestellt wird; -
13 eine schematische Vorderansicht des Grundkörpers, aus welchem der Permanentmagnet gemäß einer sechsten Ausführungsform hergestellt wird; und -
14 eine weitere schematische Vorderansicht des Grundkörpers, aus welchem der Permanentmagnet gemäß der fünften Ausführungsform hergestellt wird.
-
1 a schematic representation of a first part of a method for producing at least one permanent magnet according to a first embodiment for an electrical machine designed in particular as an axial flux machine; -
2 a schematic representation of a second part of the method according to1 ; -
3 a schematic perspective view of the permanent magnet according to its second embodiment, before the permanent magnet is provided with a recess; -
4 12 is a schematic perspective view of the permanent magnet provided with the recess according to the second embodiment; -
5 a schematic plan view of the permanent magnet according to its third embodiment; -
6 a schematic and sectional side view of the permanent magnet according to5 ; -
7 a schematic plan view of the permanent magnet according to its fourth embodiment; -
8th a schematic and sectional side view of the permanent magnet according to the fourth embodiment; -
9 a further schematic plan view of the permanent magnet according to the third embodiment; -
10 a schematic front view of a die for extrusion of a base body for producing the permanent magnet; -
11 a schematic front view of the base body from which the permanent magnet is produced according to its fifth embodiment; -
12 a schematic front view of the base body from which the permanent magnet is produced according to its sixth embodiment; -
13 a schematic front view of the base body from which the permanent magnet is produced according to a sixth embodiment; and -
14 a further schematic front view of the base body from which the permanent magnet is produced according to the fifth embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.
Anhand von
Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird ein permanent magnetischer, d. h. Dauermagnetischer Grundkörper 12 durch Formpressen oder vorzugsweise durch Strangpressen hergestellt. Der permanent magnetische Grundkörper 12 ist in
- - Entfall von zusätzlichen Verbindungstechnologien
- - kleinere Schnittlänge
- - geringe Anzahl an Prozessschritten
- - verringerte Prozesszeit
- - Elimination of additional connection technologies
- - smaller cutting length
- - low number of process steps
- - reduced process time
Die Permanentmagnete 10a-d können somit besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Durch das Versehen der Permanentmagnete 10a-d mit den Ausnehmungen 14a-d können darüber hinaus Wirbelstromverluste in den Permanentmagneten 10a-d besonders gering gehalten werden.The
Vorteilhafterweise erfolgt das Strahlschneiden mit optimierter Schnittlänge. Als weiterhin besonders vorteilhaft hatte sich gezeigt, wenn als das Strahlschneiden ein Wasserstrahlschneiden verwendet wird. Bei dem Strahlschneiden ist es insbesondere vorgesehen, dass ein beispielsweise auch als Werkzeug bezeichnetes Schneidwerkzeug einen auch als Strahl bezeichneten Schneidstrahl bereitstellt, mithin ausstrahlt, insbesondere entlang einer Strahlrichtung. Vorzugsweise ist der Schneidstrahl aus einer beispielsweise zumindest wasserumfassenden Flüssigkeit und somit als Flüssigkeitsstrahl, insbesondere als Wasserstrahl, ausgebildet, wobei zum Trennen der Teilbereiche 16a-d und zum Herstellen der Ausnehmungen 14a-d der Schneidstrahl beispielsweise entlang der Strahlrichtung auf den Grundkörper 12, das heißt auf den jeweiligen Teilbereich 16a-d und/oder 18 gestrahlt wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird beispielsweise bei dem Herstellen der Ausnehmung 14a-d und bei dem Trennen der Teilbereiche 16a-d der Grundkörper 12 insbesondere entlang der Strahlrichtung mit dem Schneidstrahl beaufschlagt.The jet cutting is advantageously carried out with an optimized cutting length. It has also been shown to be particularly advantageous if water jet cutting is used as the jet cutting. In the case of beam cutting, it is provided in particular that a cutting tool, also referred to as a tool, for example, provides a cutting beam, also referred to as a beam, and therefore emits it, in particular along a beam direction. The cutting jet is preferably made of a liquid that contains at least water, for example, and is therefore designed as a liquid jet, in particular as a water jet is radiated onto the respective
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Trennen der Teilbereiche 16a-d voneinander und von dem jeweiligen, weiteren Teilbereich 18 und das Versehen des Grundkörpers 12 und somit der Permanentmagnete 10a-d mit den Ausnehmungen 14a-d in einem Zug, d. h. unterbrechungsfrei durchgeführt werden, sodass zwischen dem Trennen der Teilbereiche 16a-d voneinander und von dem jeweiligen Teilbereich 18 und dem Versehen des Grundkörpers 12 mit den Ausnehmungen 14a-d ein Unterbrechen des Strahlschneidens, d. h. ein Beenden des Bereitstellens des Schneidstrahls durch das Werkzeug unterbleibt.It is preferably provided that the separation of the
Besonders gut aus
Es ist denkbar, dass als das Schneidverfahren, mittels welchem die Teilbereiche 16a-d voneinander und von dem Verschnitt getrennt und die Permanentmagnete 10a-d mit den Ausnehmungen 14a-d versehen werden, ein Laserscheiden, d. h. ein Laserschneidverfahren verwendet wird, sodass der Schneidstrahl ein Energiestrahl bzw. ein Laserstrahl ist. Ferner ist es denkbar, dass als das Schneidverfahren ein Draht-Erodieren verwendet wird. Insbesondere kann durch Verwendung von Draht-Erodieren als das Schneidverfahren das Schneidverfahren besonders vorteilhaft als das zuvor beschriebene, durchtrennende Verfahren durchgeführt werden, wodurch beispielsweise die Ausnehmung 14a besonders vorteilhaft als Durchgangsöffnung hergestellt werden kann.It is conceivable that as the cutting process, by means of which the
Bezugszeichenlistereference list
- 10a-d10a-d
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 1212
- Grundkörperbody
- 14a-d14a-d
- Ausnehmungrecess
- 16a-d16a-d
- Teilbereichsubarea
- 1818
- weiterer Teilbereichanother section
- 2020
- Oberflächesurface
- 2121
- Matrizedie
- 2222
- Öffnungopening
- 2424
- Formschlusselementinterlocking element
- 2626
- Formschlusselementinterlocking element
- 2828
- Formschlusselementinterlocking element
- 3030
- Schneidstrahlcutting jet
- KK
- Kanteedge
- L1L1
- Längenbereichlength range
- A1A1
- DraufsichtTop view
- A2A2
- Seitenansichtside view
- S1S1
- erster Schrittfirst step
- S2S2
- zweiter Schrittsecond step
- S2.1S2.1
- Teilschrittsubstep
- S2.2S2.2
- Teilschrittsubstep
- S2.3S2.3
- Teilschrittsubstep
- S3S3
- dritter SchrittThird step
- VV
- Vertikalevertical
- WW
- Wandungsbereichwall area
- αa
- Winkelangle
- ββ
- Winkelangle
- δδ
- Winkelangle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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